传感器实验教材

1、实验仪器：998A型传感器试验台注意事项：1. 实验时，先连线，检查无误后再开启电源（先开主电源，再开副电源）；实验结束后，先关闭电源（先关副电源，再关主电源），然后拆除电路连线2. 实验过程中，如需改动电路连线，应先关闭电源再改动3. 连接和拆除导线时，应捏住导线两端，不要用拉扯导线4. F/V表的显示如果是一个闪烁的“_ 1”的形式，表示测量输出超出的量程，需要增大F/V表的量程实验一 金属箔式应变片性能一单臂电桥（ 998A型）实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、F/V表、主、

2、副电源。旋钮初始位置：直流稳压电源打到2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。实验步骤：（1）了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表各贴二片受力应变片。（2）将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（+）、负（-）、地短接。将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，关闭主、副电源。（3）根据图1接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；R4=Rx为应变片。将稳压电源的切换开关置4V档，F/V表置20V档。开启主、副

3、电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V表显示为零，等待数分分钟后将F/V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F/V表显示为零。 图 1 （4）在传感器上放上一只砝码（砝码标称值为20g），记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值，并将数值记录在下面表格，量程最大测量到100g，然后每拿下一只砝码记录一个数值，直到拿下所有砝码，并记录此时的显示值，观察是否有零点漂移。如果有，调节W1使F/V表显示为0，重复上述步骤，再反复测量两组数据，记录在下面表格中。重量(g)020406080100806040200电压(mv)电压(mv)电压(mv)实验结论：（1）根据所得结果计算系统灵敏

4、度S= V/ W，并作出V-W关系曲线， V为电压变化率， W为相应的重量变化率。并根据静态特性指标的定义和记录的实验数据，计算单臂电桥测量时的线性度误差、迟滞误差、重复性误差。 注意事项：（1）电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。（2）为确保实验过程中输出指示不溢出，可先将砝码加至最大重量，如指示溢出，适当减小差动放大增益，此时差动放大器不必重调零。（3）做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。实验二 金属箔式应变片:单臂、半桥、全桥比较（ 998A型）实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥、半桥和全桥的工作原理和工作情况。所需单

5、元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、应变片、F/V表、主、副电源。旋钮初始位置：直流稳压电源打到2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。实验步骤和实验记录：（1）了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表各贴二片受力应变片。（2）将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（+）、负（-）、地短接。将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，关闭主、副电源。（3）根据图1接线。R1、R2、R3

6、为电桥单元的固定电阻；R4=Rx为应变片。将稳压电源的切换开关置4V档，F/V表置20V档。开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V表显示为零，等待数分分钟后将F/V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F/V表显示为零。 图 1（4）在传感器上放上一只砝码（砝码标称值为20g），记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值，并将数值记录在下面表格，量程最大测量到100g，然后每拿下一只砝码记录一个数值，直到拿下所有砝码，并记录此时的显示值，观察是否有零点漂移。如果有，调节W1使F/V表显示为0。重量(g)020406080100806040200电压(mv)（5）保持放大器

7、增益不变，将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节电桥W1使F/V表显示为零，重复（4）过程同样测得读数（只需测量一组），填入下表：重量(g)020406080100806040200电压(mv)（6）保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个固定电阻换成另两片受力应变片组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。接成一个直流全桥，调节测微头使梁到水平位置，调节电桥W1同样使F/V表显示零。重复（4）过程将读出数据填入下表（只需测量一组数据）：重量(g)020406080100806040200电压

8、(mv)实验结论：（1）根据单臂、半桥和全桥实验所得结果计算系统灵敏度S= V/ W。（2）在同一座标上描出三种接法的X-Y曲线，V为电压变化率， W为相应的重量变化率，比较三种接法的灵敏度的大致关系。注意事项：（1）电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。（2）为确保实验过程中输出指示不溢出，可先将砝码加至最大重量，如指示溢出，适当减小差动放大增益，此时差动放大器不必重调零。（3）做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。（4）电位器W1、W2，在有的型号仪器中标为RD、RA。实验三 霍尔式传感器的应用电子秤实验目的：了解霍尔式传感器在

9、静态测量中的应用。所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、差动放大器、直流稳压电源、电桥、砝码、F/V表（电压表）、主、副电源、振动平台。有关旋钮初始位置：直流稳压电源置2V档，F/V表置2V档，主、副电源关闭。实验步骤和实验记录：（1）开启主、副电源将差动放大器调零（与实验一步骤1的调零方法一样），然后关闭主、副电源。（2）调节测微头脱离平台并远离振动台。（3）按图23接线（注意霍尔元件的输入电极和输出电极不要接反），开启主、副电源，将系统调零。（4）差动放大器增益调至最小位置，然后不再改变。（5）在称重平台上逐个放上砝码到最大量程，然后逐个拿下砝码，记录显示的输出电压，填入下表：重量(g)020

10、406080100806040200电压(mv)（6）在平面上放一个未知重量之物（如手机、一串钥匙等，注意重量不要太轻，也不要超过测量满量程100g），记下表头读数。根据实验结果作出V-W曲线，求得未知重量。实验结论：根据实验数据结果做出V-W曲线，计算灵敏度，计算所测物体的重量。注意事项：（1）此霍尔传感器的线性范围较小，所以砝码和重物不应太重。（2）砝码应置于平台的中间部分，因为平台中央有磁铁，在放置和拿下第一个砝码时对测量可能产生影响，可以在测量时预先放上一个砝码或别的质量较小的物体隔离，调节零点，以此重量作为初始平衡值。实验四 光敏电阻实验目的：了解光敏电阻的工作原理结构、性能。实验原

11、理：入射光子使物质的导电率发生变化的现象，称为光电导效应。硫化镉（Cds)光敏电阻就是利用光电导效应的光电探测器的典型元件。根据制造方法，其光敏面大至可分为单结晶型、烧结型、蒸空镀膜型。其结构如图44A所示，就是将（Cds)粉末烧结于陶瓷基片上，并在基本上作蛇型电极。通过这样的方法，可增加电极和光敏面的结合部分的长度，从而可以得到大电流。另外，其封装也有种种方法，可根据其可靠性和价格来进行分类。所需单元及元件：光敏电阻、直流稳压电源、电桥平衡网络中W1电位器、F/V表。实验步骤：（1）按图44B接线（2）将直流稳压电源4V接入仪器顶部光敏类传感器盒4V端口。（3）将光强调节旋钮置小位，F/V置

12、2V档，调节W1电位使F/V示值最小。（4）慢慢调节光强旋钮，发光二极管亮度增加，注意观察F/V数字变化。（5）电位器每旋转约20记录一个数据，旋钮的最大值和最小值范围约为270度，即应记录约13个数据。W(度)020406080100806040200电压(mv)实验结论：根据数据表格，作出实验曲线。观察光敏电阻的线性区。注意事项：（1）因外界光对光敏元件也会产生影响，实验时应尽量避免的外界光干扰。（2）如果实验数据不稳，应检查周围是否有人员走、物体移动产生影响所造成的。实验五 光纤位移传感器静态实验实验目的：了解光纤位移传感器的原理结构、性能。实验原理：反射式光纤位移传感器的工作原理如图3

13、4A所示，光纤采用Y型结构，两束多膜光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为光源光纤和接收光纤，光纤只起传输信号的作用，当光发射器发出的红外光，经光源光纤照射至反射面，被反射的光经接收光纤至光电转换器将接受到的光纤转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到的位移量如图34A所示所需单元及部件：主副电源、差动放大器、F/V表、光纤传感器、振动台。 实验步骤： （1）观察光纤位移传感器结构，它由两束光纤混合后，组成Y形光纤，探头固定在Z型安装架上，外表为螺丝的端面为半圆分布的光纤探头。 （2）了解振动台在实验仪上的位置（实验仪台面上右边的圆盘，在振动台

14、上贴有反射纸作为光的反射面。） （3）如图34B接线：因光/电转换器内部已按装好，所以可将电信号直接经差动放大器放大。F/V显示表的切换开关置2V档，开启主、副电源。 （4）旋转测微头，使光纤探头与振动台面接触，调节差动放大器增益最大，调节差动放大器零位旋钮使电压表读数尽量为零，旋转测微头使被测体慢慢离开探头，观察电压读数由小-大-小的变化。 （5）旋转测微头使F/V电压表指示重新回零；旋转测微头，在被测物体与探头间距小于3.0mm前，间距变化每隔0.05mm测量一次，读出电压表的读数并记录，间距超过3.0mm后，每隔1.5mm测量一次，直到电压表读书趋近于0，将结果填入下表：X(mv)00.

15、050.10.150.20.250.30.350.40.45V(mv)X(mv)0.50.550.60.650.70.750.80.850.90.95V(mv)X(mv)1.01.051.11.151.21.251.31.351.41.45V(mv)X(mv)1.51.551.61.651.71.751.81.851.91.95V(mv)X(mv)2.02.052.12.152.22.252.32.352.42.45V(mv)X(mv)2.52.552.62.652.72.752.82.852.92.95V(mv)X(mv)3.03.153.33.453.63.753.94.054.24.35

16、V(mv)X(mv)4.54.654.84.955.15.255.45.555.75.85V(mv)X(mv)6.06.156.36.456.66.756.97.057.27.35V(mv)X(mv)7.57.657.87.958.18.258.48.558.78.85V(mv) （6）关闭主、副电源，把所有旋钮复原到初始位置 实验结论：（1） 作出V-X曲线（2） 计算上坡区和下坡区各自对应的灵敏度S=V/X，以及线性范围。注意事项：（3） 振动台的初始位置不应太靠下，避免测微头自由移动的距离不够。（4） 被测物体与探头的间距应由零开始从小到大变化，不应从大到小。实验六 半导体扩散硅压阻式压

17、力传感器实验实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器的工作原理和工作情况。基本原理：扩散硅压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件，也就变元件，当它受到压力作用时，应变元件的电阻发生变化，从而使输出电压变化。 所需单元及部件：主、副电源、直流稳压电源、差动放大器、F/V显示表、压阻式传感器（差压）、压力表及加压配件。 旋钮初始位置：直流稳压电源4V档，F/V表切换开关置于2V档，差放增益适中或最大，主、副电源关闭。 实验步骤和实验记录： （1）了解所需单元、部件、传感器的符号及在仪器上的位置。 （2）如图33A将传感器及电路连好，注意接线正确，否则易损坏元器件，差放接成同相反相均可：（3）如图33B接好传感器供压回路，传感器具有两个气咀、一个高压咀一个低压咀，当高压咀接入正压力时（相对于低压咀）输出为正，反之为负； （4）将加压皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝拧松。 （5）开启主、副电源，调整差放零位旋钮，使电压表指示尽可能为零，记下此时电压表读数，填入表格。 （6）拧紧皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝，轻按加压皮囊，注意不要用力太大，当压力表达到4Kpa左右时，记下电压表读数，然后每隔这一刻度差，记下读数，并将数据填入下表：压力（kPa）048123640高压：电压（mv）低压：电压（mv） 实验结论：1. 根据所得的结果计算气囊接入高压气嘴和低压